直接甲醇燃料电池用Co-N-C电催化剂的制备及性能

以三聚氰胺甲醛树脂和硝酸钴为前驱体,在Ar保护下采用高温碳化方法制备用于直接甲醇燃料电池(DMFC)阴极的含氮碳载钴(Co-N-C)氧还原电催化剂.利用热重与红外光谱联用、X射线衍射分析、元素分析等方法表征了催化剂的制备过程和结构,采用旋转圆盘电极测试考察了不同碳化温度对Co-N-C电催化剂氧还原催化活性的影响及电催化剂的耐醇性能,并采用该催化剂为阴极催化剂进行DMFC单电池测试.结果表明:Co-N-C电催化剂具有较高的电催化活性和较好的耐醇性能;其氧还原起始电位在0.5V(vs.SCE)左右;700℃碳化温度下制备的Co-N-C电催化剂具有最高的氧还原催化活性.     

硫源对FeNS/C催化剂氧还原活性的影响研究

在前期FeN/C催化剂研究的基础上,以不同的含硫化合物为硫源,在Ar气氛下高温热处理获得一系列FeNS/C催化剂。使用线性扫描伏安法测试催化剂的氧还原活性,通过热重分析、比表面积和孔径分布测试对催化剂前驱体的热性质及催化剂的结构等进行表征。结果表明,分别以硫脲为硫源,1,10-菲啰啉为氮源,FeCl_3为铁源,Black Pearl 2000为载体,催化剂前驱体中硫含量为1wt.%时,所得催化剂比表面积为559. 39 m~2/g,且催化剂表现出较好的氧还原催化活性。硫源的种类、热性质对催化剂的氧还原活性有着明显影响。     

椰子壳衍生钕氮掺杂碳制备及其电催化氧还原反应性能研究

以海南椰子壳、三聚氰胺、氯化锌以及氯化钕为前驱体,通过热处理、掺杂等过程制备得到了一种氮掺杂碳基氧还原催化剂。电化学测试结果表明,该催化剂对ORR有很好的催化性能,特别是在碱性介质中,可以接近商业Pt/C催化剂;该催化剂具有非常好的稳定性、甲醇耐受性,及非常高的四电子过程选择性。催化剂制备过程中的氮前驱体三聚氰胺的用量对于催化剂的活性有着非常重要的影响,当催化剂中的三聚氰胺用量为2 g时,得到的催化剂性能最优。     

N,S双掺杂碳纳米材料的合成及ORR性能研究

以生物质荆芥杆为前驱体,在N2气氛的保护下经高温碳化制备出了一种新型的用于燃料电池阴极氧还原的N、S双掺杂的非金属电催化剂,并研究了不同热解温度和洗涤条件对其催化性能的影响.结果表明,800℃热解及40℃稀盐酸洗涤所得产物的催化性能最优:在0.1mol·L-1 KOH溶液中,一步四电子还原过程,具有优异的催化氧还原活性、抗一氧化碳中毒以及抗甲醇干扰能力.     

纳米V8C7粉末的制备

将V2O5溶解于有机酸溶液中, 通过喷雾干燥制得非晶态含钒的粉末前驱体, 将前驱体粉末还原/碳化后得到V8C7粉末. 采用X射线衍射仪﹑扫描电镜﹑透射电镜﹑碳氧分析仪对工艺过程产品进行分析. 结果表明: 前驱体是粒度为10～20 μm非晶态球形粉末, 当温度升高到400 ℃时, 前驱体粉末开始分解;当温度升高到600 ℃时, 前驱体粉末全部转变为V2O3与游离C原子级别混合均匀的复合粉末;随着温度的升高, 游离C还原碳化V2O3, 当温度升高到800 ℃时, 出现V4C3相;在约1 100 ℃时, 得到相成分均一的V8C7粉末, 其形貌是粒径为30～50 nm的一次颗粒形成的多孔空壳球形, 其总C含量为17.38%, 游离C含量为0.47%. 前驱体粉末在加热过程中相成分转变过程为: V2O3→V4C3→V8C7, 不经历V2O3 转变为VO的过程.     

有机溶胶法制备Pt/C催化剂的影响因素

考察了有机溶胶法制备催化剂的过程中,碳载体的预处理、反应气氛、还原温度以及起始还原pH值等因素对制得的催化剂性能的影响.实验结果表明:在适当温度下对碳载体进行热处理可以显著改善活性组分的分散度和提高催化剂的性能,最佳的处理温度为300℃;在氮气气氛下制备的催化剂的性能明显优于在空气气氛下制备的催化剂;一般情况下,较低的还原温度有利于获得分散度较高的催化剂,最佳的还原温度为140 ℃左右,高于此温度制得的催化剂的性能有下降趋势;最佳的起始pH值为11左右.采用优化条件制备的Pt/C催化剂对甲醇氧化的电化学性能优于商品Pt/C催化剂.     

moCNTs/PyPBI/Mela(Co)电催化剂的制备及性能研究

采用溶液共混和高温热解两步法,以聚苯并咪唑(PyPBI)和三聚氰胺(Mela)为复合氮源,中度氧化的碳纳米管(moCNTs)为碳源,醋酸钴为金属源,制备出一系列moCNTs/PyPBI/Mela(Co)催化剂,对其进行TEM、TGA、XRD、XPS表征和电化学活性测试,结果表明:当moCNTs/PyPBI(Co)前驱体与三聚氰胺的质量比为1∶2,热解温度为800℃时,催化剂的起始还原电位可达到0.87V(vs.RHE),接近于商业Pt20%/C催化剂。moCNTs/PyPBI/Mela(Co)催化剂催化性能的提高归因于其结构中的吡啶氮与钴结合形成Co-N活性位点,增加对O2的吸附能力,弱化了O—O键,促进氧分子的还原反应,促使ORR反应通过4e-途径进行。     

含Re复合分子筛催化剂在加氢精制应用

采用共沉淀法制备了MCM-41-HY复合分子筛,采用浸渍法制备了Re-Ni-W/MCM-41-HY催化剂前驱体,并且用X射线衍射(XRD)、N2吸附比表面积测定(BET)等技术对催化剂的结构和性质进行了表征.反应前将催化剂前驱体用氢气还原,再进行汽柴油加氢精制活性评价.加氢脱芳(HDA)活性评价在实验室的固定床连续反应器上,用四氢萘十二烷模拟物进行加氢.经过实验负载型催化剂Re-Ni-W/MCM-41-HY在适合的条件下可以很好的加氢脱芳.实验结论为,催化剂Re-Ni-W/M CM-41-HY在温度280℃、压力3 M Pa、氢油比600,液时体积空速5h-1,四氢萘的转换率可达到68%.     

碱性介质中Co掺杂的Pt/C电催化氧还原的性能

采用溶胶法制备了用于阴离子膜直接甲醇燃料电池的Pt-Co/C阴极电催化剂,并用X射线衍射、X射线能谱和透射电镜技术对催化剂进行了表征.结果表明,制备的Pt-Co合金颗粒分布均匀,粒径为2～6 nm,其组成与前驱体中相应金属的原子数比基本吻合.用电位线性伏安扫描法测试电化学活性及抗甲醇性.结果显示,随着碱性的增加,氧还原起始电位降低,峰电流减小,催化活性降低;相同碱性电解液中不同原子数比例的Pt-Co/C催化剂活性以Pt80Co20/C的活性最佳,其催化活性和抗甲醇性比Pt/C有显著提高,在0.1 mol/L KOH溶液中其峰电流密度达到95 mA/mg.     

Pt/C催化剂基底的制备及乙醇电催化氧化研究

采用超声波分散与化学还原法结合,以氯铂酸为前驱体,石墨为载体制备了Pt/C(含Pt质量分数为5%)催化剂基底,通过XRD和循环伏安法进行了表征,并以乙醇电化学氧化为探针反应,对所得Pt/C基底的催化性能进行评价,研究了不同焙烧、还原温度及分散介质中醇/水比等因素对Pt/C基底催化活性的影响.结果表明,采用乙二醇与水体积比为2∶1作为分散介质,于空气中400℃焙烧后得到的Pt/C基底具有铂多晶的特征伏安曲线,对乙醇的电化学氧化具有较好的催化活性,说明所制备的Pt/C基底与铂多晶表面相似,完全可以替代纯金属铂,从而可进一步制备成本较低、活性组分少、催化活性高的铂基双金属表面修饰电极催化剂(另文报道).